2023年CB821200空間合作目標(biāo)運動再現(xiàn)中跨尺度控制的前沿數(shù)學(xué)問題

工程名稱：空間合作目標(biāo)運動再現(xiàn)中跨尺度掌握的前沿數(shù)學(xué)問題首席科學(xué)家：起止年限：依托部門：

賈英民北京航空航天大學(xué)2023.1-2023.8中華人民共和國工業(yè)和信息化部一、關(guān)鍵科學(xué)問題及爭論內(nèi)容科學(xué)問題一：跨尺度運動環(huán)境建立的相像因素及數(shù)學(xué)表征驗系統(tǒng)構(gòu)造相對簡潔、本錢低、敏捷性強、易擴展，可承受商業(yè)產(chǎn)品實現(xiàn)?？茖W(xué)問題二：運動規(guī)劃中的跨尺度建模、優(yōu)化與掌握開展空間合作目標(biāo)的運動再現(xiàn)爭論，做好運動規(guī)劃無疑是至關(guān)重要的，即如何將參與合作的目標(biāo)飛行器和追蹤飛行器雙方在滿足期望要求的條件下協(xié)調(diào)模誤差描述的跨尺度，不同系統(tǒng)層次的跨尺度，連續(xù)-離散混雜系統(tǒng)的跨尺度，同階段能獲得和提取哪些量測量，尤其是自動尋的過程?？茖W(xué)問題三：運動信息的多源跨尺度數(shù)據(jù)融合開展空間合作目標(biāo)的運動再現(xiàn)爭論，各個子系統(tǒng)之間相關(guān)信息的獵取、傳理要求的準(zhǔn)時性等特點，這都大大增加了信息處理的困難。前沿數(shù)學(xué)問題的主要爭論內(nèi)容分解為以下四個方面：跨尺度微重力補償?shù)臄?shù)學(xué)計算及實現(xiàn)空間合作目標(biāo)的運動再現(xiàn)需將空間微重力環(huán)境對航天器軌道運行的影響在力補償方法。這樣，需要考慮三個方面的問題：1〕空間微重力環(huán)境帶給目標(biāo)飛地面基座的型換向與驅(qū)動模式。受控多體系統(tǒng)的跨尺度數(shù)學(xué)建模2〕俯仰以及翻滾運動的影響。運動再現(xiàn)中的跨尺度協(xié)調(diào)掌握與優(yōu)化空間合作目標(biāo)運動再現(xiàn)爭論涉及到多個子系統(tǒng)組成的大系統(tǒng)協(xié)調(diào)掌握與優(yōu)簡單大系統(tǒng)，因此需要實行跨尺度掌握策略。主要爭論內(nèi)容包括：1)多個子系掌握策略實施的調(diào)度與決策爭論。網(wǎng)絡(luò)與圖像信息的快速跨尺度融合CCD等敏感器獵取的。目標(biāo)，必需對上述圖像的采集、傳輸與處理過程中的每一步賜予認(rèn)真的考慮，做2〕非完整信息跨尺度補償及噪聲濾波；3)數(shù)字圖像的跨尺度融合爭論。二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)16使我國在相關(guān)領(lǐng)域的爭論成果進(jìn)入國際領(lǐng)先行列；培育和建立一支學(xué)術(shù)水平高、持續(xù)進(jìn)展的潛力。五年預(yù)期目標(biāo)跨尺度建模特征。的變軌變速要求。(3)提出面對空間變軌的多源跨尺度非線性濾波方法，與變軌匹配的跨尺度速度與姿勢的信息估量與掌握。聲去除等。建議的方法應(yīng)對參數(shù)變化和外界干擾具有滿足的魯棒性能。提出空間合作目標(biāo)運動再現(xiàn)中多系統(tǒng)、多目標(biāo)的跨尺度協(xié)調(diào)優(yōu)化方案，同時也能不受時間和空間的限制。獲得者、教育部“”特聘教授和“教育部世紀(jì)優(yōu)秀人才”等2-4名，培育高水平博士爭論生30-40人。在國內(nèi)外重要刊物和一流國際會議上發(fā)表論文400篇以上，其中SCI/EI收錄300篇以上，撰寫專著6本以上，申請制造專利與軟件著作權(quán)登記60項以上。三、爭論方案學(xué)術(shù)思路本工程旨在全面系統(tǒng)地爭論空間合作目標(biāo)運動再現(xiàn)中跨尺度掌握的前沿數(shù)學(xué)問題及方法，學(xué)術(shù)思路主要表達(dá)在如下四個方面：以空間合作為背景，利用在系統(tǒng)描述、優(yōu)化、計算、干擾抑制等方面的與數(shù)據(jù)融合等，確定爭論內(nèi)容和技術(shù)路線。面對爭論成果的可用性和可實現(xiàn)性開展工作。立足現(xiàn)有的根底理論儲藏現(xiàn)有條件再現(xiàn)出來，且具有開放性。研制出原理驗證系統(tǒng)或樣機。多學(xué)科穿插融合、強強聯(lián)合的合作思路。針對空間合作目標(biāo)運動再現(xiàn)的得原創(chuàng)性成果。堅實的理論根底。技術(shù)途徑跨尺度微重力補償?shù)臄?shù)學(xué)計算與實現(xiàn)重力補償系統(tǒng)的運動協(xié)調(diào)。受控多體系統(tǒng)的跨尺度建模常是有幫助的，應(yīng)找出合理的數(shù)據(jù)使用方法。運動再現(xiàn)中的跨尺度協(xié)調(diào)掌握與優(yōu)化協(xié)調(diào)與優(yōu)化等。網(wǎng)絡(luò)與圖像信息的快速跨尺度融合動圖像的非完整信息跨尺度補償及噪聲去除等問題。創(chuàng)點與特色本課題的主要創(chuàng)點與特色可以分為兩個大的方面：原理創(chuàng)和方法創(chuàng)。原理創(chuàng)與特色提出利用先進(jìn)的運動掌握技術(shù)實現(xiàn)空間微重力環(huán)境下合作目標(biāo)的地面力時間和運動空間不受限制的優(yōu)點，對推動和加快我國空間合作爭論具有不行大的應(yīng)用空間。變軌帶給空間合作目標(biāo)的同軌同速運行由地面自由基座的運動加以跨尺度實現(xiàn)重力環(huán)境和固定基座移動的方法相比是簡潔易行的。提出了運動圖像跨尺度意義下內(nèi)插，外推，推測三位一體相結(jié)合的全方加快處理速度等方面具有一般的意義。方法創(chuàng)與特色提出一種的跨尺度系統(tǒng)綜合集成方法。包括異類系統(tǒng)集成，掌握任務(wù)性能是格外重要的，也是目前極為缺少的。號以及隨機干擾的影響在容許的范圍之內(nèi)。提出跨尺度優(yōu)化方法。利用能達(dá)集與時間最優(yōu)掌握的聯(lián)系，爭論離散線性、非線性混雜系統(tǒng)的各種優(yōu)化問題。可行性分析爭論需求迫切。本項的主要爭論內(nèi)容親熱相關(guān)于《國家中長期科學(xué)與技術(shù)進(jìn)展規(guī)劃綱要》中十六個重大專項之一的“載人航天與探月工程”。依據(jù)20式進(jìn)展，提升我國的制天力量。爭論根底雄厚。工程申請和參與單位在數(shù)學(xué)、力學(xué)、掌握、航天、計算863打算是可行的。爭論目標(biāo)明確。本工程以空間合作為主題，瞄準(zhǔn)其跨尺度特征，承受地上有奉獻(xiàn)，為我國的空間科學(xué)爭論供給根底爭論成果和技術(shù)支撐平臺。爭論思路清楚。本工程圍繞三個關(guān)鍵科學(xué)問題和四項重要爭論內(nèi)容，對運動再現(xiàn)的方法，形成相應(yīng)的運動再現(xiàn)技術(shù)體系。標(biāo)運動再現(xiàn)中跨尺度掌握的前沿數(shù)學(xué)問題開展其根底爭論和試驗爭論的條件。年齡構(gòu)造合理、學(xué)術(shù)水平高，具有完本錢工程的人力保障。課題設(shè)置的六個課題，各課題與爭論內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系如以下圖所示。具體來說包括：課題1和2分別強調(diào)了地面微重力補償?shù)睦碚摖幷摵万炞C系統(tǒng)的實現(xiàn)。事吊絲綜合機電系統(tǒng)。由于運動基座最為根本和重要，所以設(shè)臵課題2特地爭論其驅(qū)動與轉(zhuǎn)向模式以及變速運動下的準(zhǔn)確跟蹤問題。相比之下，課題1的驗證內(nèi)容1和2的理論局部支撐了科學(xué)問題一，理論和驗證系統(tǒng)一起支撐了主要爭論內(nèi)容1。課題3和4分別強調(diào)了運動再現(xiàn)中的跨尺度建模與跨尺度掌握和優(yōu)化。其1和2與其它課題一起支撐了爭論內(nèi)容2和3。課題5和6分別強調(diào)了運動再現(xiàn)中的信息測量獵取和濾波以及網(wǎng)絡(luò)和圖像〔5和6不僅共同支撐了科學(xué)問題三，也主要支撐了爭論內(nèi)容4。綜上可以看出，本工程設(shè)臵的六個課題是一個有機的整體，是實現(xiàn)運動再現(xiàn)目標(biāo)的不同方面，不同類別，不同層次的表現(xiàn)方式,存在因果鏈關(guān)系，而貫課題1：微重力環(huán)境的要素構(gòu)成與跨尺度微重力補償?shù)臄?shù)學(xué)計算爭論目標(biāo)：空間合作目標(biāo)運動再現(xiàn)需要將空間的微重力環(huán)境帶給合作目標(biāo)的影響在地聯(lián)，系統(tǒng)提出物體的微重力補償方法，完成相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計與數(shù)學(xué)計算。爭論內(nèi)容：提取空間與地面跨尺度運動環(huán)境的相像因素，導(dǎo)出相像因素之間的數(shù)學(xué)以整體實現(xiàn)空間合作目標(biāo)運動再現(xiàn)的跨尺度建模。法和再現(xiàn)效果。是必要的。此外，當(dāng)用磁浮方法補償時，其相應(yīng)的姿勢掌握也富有挑戰(zhàn)性。隨動重力補償系統(tǒng)的碰撞、同步跟蹤和振動抑制。重力補償系統(tǒng)或是通過吊絲和懸掛體在水平內(nèi)的一樣位臵做長久同步運動來保證重力補償?shù)睦Φ碾y度，需要尋求有效的設(shè)計和計算方法。擔(dān)當(dāng)單位：北京航空航天大學(xué)、北京掌握工程爭論所課題負(fù)責(zé)人：賈英民經(jīng)費比例：23.8%2：跨尺度微重力補償實現(xiàn)的基座掌握爭論目標(biāo)：性能滿足要求。爭論內(nèi)容：運動基座非完整約束下的建模。運動基座是一個多變量、非線性、強耦統(tǒng)的設(shè)計方法，實行解耦補償?shù)却胧┍ＷC系統(tǒng)的跟蹤精度和動態(tài)機動性能。運動基座跨尺度穩(wěn)定運行?；\行過程中，當(dāng)速度跨尺度變化時，將分析。運動基座的型轉(zhuǎn)向與驅(qū)動模式。對于地面跨尺度環(huán)境下運動基座，現(xiàn)跨尺度問題。的，給算法設(shè)計帶來了很多困難。擔(dān)當(dāng)單位：吉林大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北京大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：陳虹經(jīng)費比例：15.6%課題3：空間多關(guān)聯(lián)運動體跨尺度建模與掌握爭論目標(biāo)：控個體的局部運動到耦合關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的整體簡單動態(tài)行為這樣一個跨尺度動力學(xué)下的掌握方案等。爭論內(nèi)容：于跨尺度動態(tài)模型的變構(gòu)造掌握策略等?；跊_擊動力學(xué)理論和動量平衡方程爭論由于系統(tǒng)的約束變化引起的中的非線性項對系統(tǒng)響應(yīng)的影響。不確定性因素等簡單特征對受控性能的影響，如系統(tǒng)慣量陣攝動等參數(shù)掌握問題以及魯棒掌握綜合等方面開展?fàn)幷?。多率采樣的跨尺度掌握。提醒不同子系統(tǒng)采樣速率之間的關(guān)系，提出采完成的掌握任務(wù)。擔(dān)當(dāng)單位：北京大學(xué)、北京科技大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：王龍經(jīng)費比例：13.9%課題4：運動規(guī)劃中的跨尺度協(xié)調(diào)掌握與優(yōu)化爭論目標(biāo)：出并解決相應(yīng)異類系統(tǒng)的跨尺度協(xié)調(diào)掌握和優(yōu)化問題。爭論內(nèi)容：到同軌同速運動，且其驅(qū)動信號需受控于由圖像處理識別出的物體位臵和速度。時間的“快-慢”剛性跨尺度系統(tǒng)，設(shè)計滿足掌握任務(wù)的協(xié)調(diào)方案及優(yōu)化算法。攜帶攝像機的三軸轉(zhuǎn)臺自動跟蹤掌握等。統(tǒng)的協(xié)調(diào)方案及優(yōu)化算法。及它們之間的關(guān)系，爭論如何確定由不同尺度子系統(tǒng)組成大系統(tǒng)的整體優(yōu)化目理論根底。爭論院課題負(fù)責(zé)人：薛安克經(jīng)費比例：18.9%課題5：空間變軌過程中的跨尺度濾波與掌握爭論目標(biāo)：階段與對接合攏階段。這些任務(wù)是通過追蹤器的軌道轉(zhuǎn)變，即變軌來實現(xiàn)的，爭論內(nèi)容：對位姿信息。變軌與濾波方案的匹配爭論。結(jié)合建立的跨尺度隨機動態(tài)模型，在滿足實現(xiàn)的途徑。的干擾，期望提出有效的跨尺度抑制方法。下的姿勢跟蹤掌握方法等。擔(dān)當(dāng)單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京掌握工程爭論所課題負(fù)責(zé)人：段廣仁經(jīng)費比例：13.9%課題6：空間多源數(shù)據(jù)分析與跨尺度融合爭論目標(biāo)：在空間合作過程的最終階段，各個子系統(tǒng)之間相對位臵信息是通過CCD敏感供給的視頻、文本等不同尺度下的多源信息將會直接關(guān)系到系統(tǒng)的最終運行效行最終到達(dá)準(zhǔn)確掌握、快速反響、穩(wěn)定運行、安全牢靠。爭論內(nèi)容：運動圖像的跨尺度描述。利用小波變換方法對圖像進(jìn)展多區(qū)分率分解，得處理后的圖像更有利于獵取目標(biāo)區(qū)域的特征屬性。運動圖像的插值，增加和重建。利用分形理論與分形布朗運動原理設(shè)計重點局部。運動圖像的跨尺度融合。利用圖像分解后的跨尺度數(shù)據(jù)構(gòu)造，對不同分正確概率、錯誤概率以及濾波與推測的方差等都需要考慮。輸?shù)目绯叨葞缀尉W(wǎng)絡(luò)模型，開發(fā)的跨尺度分析工具,提出的有效的跨尺度融合算法，以確?？臻g合作任務(wù)的完成。擔(dān)當(dāng)單位：北京郵電大學(xué)、清華大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：杜軍平經(jīng)費比例：13.9%四、年度打算爭論內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)爭論空間微重力環(huán)境的根本構(gòu)環(huán)境的相像因素；爭論空間合作系統(tǒng)的凹凸階不爭論各種因素對重力補償?shù)挠按_立評價標(biāo)準(zhǔn)；學(xué)建模；動基座綜合性能的影響；第6.運動基座驅(qū)動電機寬調(diào)速掌握；空間多關(guān)聯(lián)運動體系統(tǒng)的跨尺度特征描述；分析空間受控多體系統(tǒng)的拓?fù)洹?統(tǒng)間的相對運動學(xué)關(guān)系；年 尺度動態(tài)模型的變構(gòu)造掌握；跨尺度快/慢系統(tǒng)的運動模型，非線性奇異攝動系統(tǒng)的掌握；量變量的合理選擇方案；基于運動狀態(tài)矢量和敏感器系尺度描述；爭論運動圖像的插值算法；的提取方法；檢測網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中空間數(shù)據(jù)的跨的掌握和全都性方法。

聯(lián)；建立系統(tǒng)凹凸階不確定性跨尺之間的跨尺度模型；現(xiàn)的空地等效/相像方法；建立非完整約束下的運動基座提出基于模糊掌握理論的運動基座驅(qū)動電機寬調(diào)速掌握方案；相對運動方程；建立跨尺度快/慢系統(tǒng)運動模掌握方案；信息的測量方法；模型；提出跨尺度非線性濾波算法；圖像的跨尺度數(shù)據(jù)構(gòu)造；標(biāo)輪廓；的跨尺度標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)方法；發(fā)表高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文40-50篇；10-15爭論內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)效果的影響；爭論隨動重力補償系統(tǒng)的附加層次構(gòu)造關(guān)系；升級改造自由基座交會對接實驗平臺；程運動再現(xiàn)的設(shè)計；分析基座系統(tǒng)在各種擾動之下統(tǒng)的穩(wěn)定性及穩(wěn)定裕度；分析運動基座的數(shù)學(xué)和物理特第 過程；分析沖擊響應(yīng)下受控系統(tǒng)運動的穩(wěn)定性、可控性和魯棒性；爭論系統(tǒng)坐標(biāo)變換引起的動力二 中非線性項對系統(tǒng)響應(yīng)的影響；承受分段線性化方法進(jìn)展切換年 理論分析；爭論離散線性切換系統(tǒng)在輸入受限時的優(yōu)化問題；與優(yōu)化設(shè)計；問題；變軌過程中的跨尺度濾波；的定性與定量分析；多尺度分割中的參數(shù)估量；爭論自適應(yīng)圖像增加算法；策級融合方法；跨尺度幾何網(wǎng)絡(luò)信息模型及自動生成算法；

干擾抑制方法；性描述的魯棒掌握方法；成補償系統(tǒng)設(shè)計；制定適用于跨尺度環(huán)境下的轉(zhuǎn)向構(gòu)造和驅(qū)動構(gòu)造；座硬件在環(huán)仿真試驗平臺；建立多體系統(tǒng)構(gòu)造變化與系統(tǒng)運行參數(shù)；提出可用的系統(tǒng)坐標(biāo)變換方法，的影響；系統(tǒng)優(yōu)化掌握方案；調(diào)掌握與優(yōu)化算法；方法；提出幾種與空間變軌匹配的跨尺度魯棒濾波算法；理仿真系統(tǒng)；提出跨尺度運動圖像分割方法；應(yīng)圖像增加算法；提出空間背景中多源圖像融合提出空間背景中的幾何網(wǎng)絡(luò)矢量數(shù)據(jù)模型及自動生成算法；發(fā)表高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文40-50篇；10-15爭論內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)運動掌握重量之間的關(guān)系；爭論懸掛點跟蹤期望目標(biāo)的實度的影響；爭論懸浮體非對稱性對其姿勢掌握方法；爭論萬向轉(zhuǎn)臺嵌入運動基座硬供給的微重力環(huán)境爭論運動基座變軌試驗方法及評價指標(biāo)；方法，分析系統(tǒng)的魯棒性；動路徑；第7.運動基座路徑規(guī)劃的性能評估方法；受干擾狀況下多受控運動體之三 的分層掌握策略；輸入飽和受限狀況下的多受控運動體的跨尺度掌握；基于空間多關(guān)聯(lián)運動體系統(tǒng)的年 力學(xué)性質(zhì)爭論系統(tǒng)模型的跨尺度掌握方法；建立增廣變軌運動系統(tǒng)的動態(tài)優(yōu)掌握；問題；航天器變軌過程中的跨尺度動掌握的參數(shù)化方法；尺度特征提取與重建算法；檢測網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的空間數(shù)據(jù)跨尺度融合算法。

優(yōu)化懸掛/浮補償系統(tǒng)，獵取系統(tǒng)設(shè)計的重要參數(shù)；提出有效的懸浮體浮力方向控示系統(tǒng)；真系統(tǒng)；提出受干擾的多體系統(tǒng)魯棒分層掌握方法；度自適應(yīng)掌握方法；模型和系統(tǒng)可控性條件；優(yōu)掌握問題；掌握算法，實現(xiàn)同軌同速；建立航天器變軌過程中的跨尺度動力學(xué)模型；方法；初步完成航天器變軌演示系統(tǒng)；度特征提取算法；理以展現(xiàn)重建效果；像融合規(guī)章；基于測控網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)視與掌握所傳輸?shù)目绯叨葞缀尉W(wǎng)絡(luò)模型；1-2本；發(fā)表高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文40-50篇；10-15爭論內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)撞信息的有效測量；反力與姿勢的耦合掌握；環(huán)試驗；轉(zhuǎn)向和驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)化掌握；劃策略；分析不同子系統(tǒng)之間的信息關(guān)息準(zhǔn)確度要求；第9.爭論不同子系統(tǒng)的采樣速率滿